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纤维素酶的应用现状与前景

纤维素酶的应用现状与前景
纤维素酶的应用现状与前景

纤维素酶的应用现状与前景

【摘要】:本文阐述了纤维素酶的理化性质及其作用机理, 在此基础上重点讨论纤维素酶在食品业、农牧业、纺织业、造纸业等领域的应用, 对纤维素酶的来源及潜在应用价值作了展望。

【关键词】:纤维素酶; 固体发酵; 液体发酵;应用

The Application And Prospects of Cellulase

[Abstract]: The physical and chemical properties of cellulase are elaborated in this thesis. On this basis, focusing on the Application of cellulose in the food industry, agriculture, textiles, paper, and other fields .In the same time looking in the future of The source and potential value of cellulase.

[Keywords]: cellulase, Solid fermentation, Fermentation, Applications

纤维素类物质是地球上产量巨大而又未得到充分利用的可再生资源。纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称, 在食品、饲料、医药、纺织、洗涤剂和造纸等众多的工业领域有广泛的应用价值。从酶的作用特性出发可分成两大类: 碱性纤维素酶和酸性纤维素酶。纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3~10 种或更多组分构成的多组分酶。根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) 。在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶,

只具有内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 又称CMC酶) 的活性, 有的还与中性CMC 酶组分共存[1- 3]。自从1906 年Seilliere 从蜗牛消化液中发现纤维素酶以来, 人们对纤维素酶做了大量的研究, 特别是80 年代以来, 由于分子生物学的发展及生物工程技术的兴起, 纤维素酶的研究出现了新的前景。

1 纤维素酶的作用机理

纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时, 可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质, 有利于动物胃肠道的消化吸收。同时, 纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌, 补充内源酶的不足, 并对内源酶进行调整, 保证动物正常的消化吸收功能, 起到防病、促生长的作用, 消除抗营养因子,促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液, 增加消化物的粘度, 对内源酶造成障碍, 而添加纤维素酶可降低粘度, 增加内源酶的扩散, 提高酶与养分接触面积, 促进饲料的良好消化。而纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物, 在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物, 从而使消化道内的消化作用得以顺利进行。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素, 促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外, 还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化。

2 纤维素酶的应用

2.1 食品方面

2.1.1 酿酒

在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出酒率及原料的利用率, 降低溶液的黏度, 缩短发酵时间, 而且酒

的口感醇香, 杂醇油含量低。纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面: 一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用; 另外, 由于纤维素酶对植物细胞壁的分解, 有利于淀粉的释放和被利用。将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中可增加麦粒溶解性, 加快发芽, 减少糖化液中单一葡萄糖含量, 改进过滤性能, 有利于酒精蒸馏。用纤维素酶预处理啤酒糟, 可提高啤酒糟蛋白酶解率10%以上[4]; 纤维素酶在清香型优质白酒中的应用, 出酒率可提高13%, 而且不影响酒的感官品质[5]; 在日本清酒生产中, 浸米时加入0.02%~0.1%的纤维素酶浸泡17h,米的溶解性好, 糖化发酵顺利, 酒渣少, 出酒率高[6]。

2.1.2 酱油酿造

在酱油的酿造过程中添加纤维素酶, 可使大豆类原料的细胞膜膨胀软化破坏, 使包藏在细胞中的蛋白质和碳水化合物释放, 这样既可提高酱油浓度, 改善酱油质量, 又可缩短生产周期, 提高生产率, 并且使其各项主要指标均提高3%。采用固体制曲、固态酒精发酵和固态醋酸发酵生产工艺对纤维素酶在食醋酿造方面的应用进行了系统研究, 结果表明纤维素酶添加量为10~50umol/min, 产酒精量比CK 提高7.5%~23.8%, 食醋产量提高0.25~1.36kg, 主料出品率提高5.1%~27.2%[7, 8]。

2.2 农牧业上的应用

2.2.1 纤维素酶在反刍动物中的应用

在瘤胃微生物区系结构正常的情况下, 添加纤维素酶能以几倍的效率提高粗纤维和其他营养物质的酵解强度, 提高消化吸收水平。在瘤胃发生病理变化即微生物区系失去平衡进入腐解过程时, 高活性纤维素酶能迅速调整微生物区系结构, 恢复平衡关系和正常酵解、吸收、合成过程[9, 10]。有试验表明在瘤胃正常状

态下, 添加纤维素酶饲喂奶牛 5 昼夜以后, 其粪便干物质和饲喂前相比, 减少了30%左右;1 周以后, 封闭牛舍氨气含量下降70%左右, 粗饲料采食量提高10%~20%, 粪便中蛋白质含量提高8%~10%, 尿液中尿素量下降58.9%。

2.2.2 纤维素酶在单胃动物中的应用

除肠道中的微生物可以降解部分纤维素外, 单胃动物不能分泌断裂β- 1,4 糖苷键的内源酶, 所以饲料中含有的纤维素对单胃动物而言几乎不具有营养价值。此外, 由于纤维素的交链、缠绕和粘附, 阻碍营养物质的消化和吸收并影响肠道微生物菌群的平衡。因此, 在单胃动物日粮中添加纤维素酶具有营养和保健的双重功效。

在日粮中添加纤维素酶饲喂肉鸡可使肉鸡饲料消耗量下降16.25%, 体重增加 2.88%, 料肉比降低10.18%; 同时使用纤维素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶喂以大麦饲料为基础的雏鸡, 结果使饲料消耗降低2.9%, 体重提高1.3%。对饲喂添加纤维素酶的肉鸡进行各阶段的体重分析, 结果试验鸡于 2 周末、4 周末体重在各日粮间差异极显著, 说明酶制剂对肉鸡前期的生长作用显著;6 周末、8 周末试验鸡体重在各日粮间也呈增高趋势。说明添加外源酶制剂补充了内源酶的不足, 因而在肉鸡发育前期具有更显著的效果[11]。在蛋鸡常规饲料中添加0.1%复合纤维素酶, 试验组的产蛋率比对照组提高10.8%, 蛋重提高 1.7%, 料蛋比下降14.6%[12]。用纤维素酶添加日粮饲喂蛋鸡, 对蛋形指数、蛋壳厚度未产生明显影响, 但添加0.1%和0.3%的纤维素酶降低了破蛋率[13]。用前期含草粉10%、后期含草粉15%的日粮添加纤维素酶喂肥育猪, 试验组比对照组日增重提高0.255kg,料肉比下降0.24, 每头每日增加效益0.95 元[14]。

2.3 纤维素酶在纺织上的应用

纤维素酶在染整上广泛应用, 特别在棉织物整理上, 经过纤维素酶整理后, 棉织物的手感和外观获得很大的改善。由于织物表面的绒毛被除去, 处理后织物更光洁, 颜色更鲜艳。根据处理的目的不同, 可进行生化抛光、柔软滑爽、改善光泽以及石磨水洗等加工。

2.3.1 减量处理

纤维素纤维织物用纤维素酶处理都伴随着纤维的减量或失重, 并引起许多性能变化。减量处理主要是改善织物的柔软度、弹性和悬垂性。减量加工大多数采用液体染色机和水洗机。若织物被减量过大, 纤维的强度会受到损伤。棉织物的失重率一般控制在3%- 5%范围为好。

棉织物经过纤维素酶整理后, 手感和外观可以有很大的改善。因为织物表面的绒毛被去除, 处理后的织物更光洁、颜色更鲜艳。织物的硬挺度和刚性降低, 光滑度和悬垂性提高, 使织物获得更好的手感。因此在保证处理效果的同时, 避免织物强力过度损失就显得非常重要。2.3.2 水洗和石磨处理

纤维素酶还广泛应用于牛仔裤产品的洗涤加工, 以代替石洗加工工艺。最早应用在靛蓝牛仔服装的洗涤整理上, 以获得与石磨相同的染料脱色、洗白等褪色防旧效果。这种加工的原理是, 首先将牛仔服装上的浆料充分去除, 再充分发挥纤维素酶对牛仔服装表面的剥蚀作用。纤维素酶仅对牛仔服装表面部分水解, 造成纤维在洗涤时发生脱落, 在纤维素酶处理时, 牛仔服装在转鼓中不断发生摩擦, 加速服装表面纤维的脱落, 并使吸附在纤维表面的靛蓝等染料一起去除, 产生石磨洗涤的效果, 并具有独特的外观和柔软的手感。

纤维素酶用于牛仔服装水洗石磨加工, 加工后的服装雪花点多、立体感强、色光好。与传统的石磨工艺相比, 酶洗工艺条件温和, 耗能降低, 减少了服装和设备的磨损, 水洗效率高; 与传统的化学助剂整理工艺相比, 酶洗工艺大大减少了污水排放, 有利于环境保护。

2.4 造纸业上的应用

近几年, 旧纸的循环利用越来越多, 酶法处理造纸纤维是一个普遍感兴趣的话题。尤其在旧纸脱墨中的使用, 及其对纸纤维的影响等方面已有广泛的研究。传统的脱墨方法是漂洗和浮选, 需使用NaOH、Na2CO3、Na2SiO3、H2O2 等化学药品, 且要在40℃, pH10 以上的条件下进行。在这样条件下, 易使纸的网状结构崩溃, 纤维溶胀, 纸和墨之间粘接力下降。用纤维素酶和半纤维素酶结合处理, 可促进脱墨过程, 并且能在低pH 值的纸浆中进行脱墨。现在采用的透印版印刷法, 所使用的油墨中含有的干性油和干性树脂, 能与纸张形成广泛的交联网络, 因而传统方法较难将这种墨脱去。帕拉萨德等用纤维素酶和半纤维素酶共处理, 已能将这种油墨脱下, 并使纸纤维的洁白度、自由度和强度均有所提高, 同时也节约了在传统方法中使用的化学原料。但在用纤维素酶脱墨时要严格控制酶剂量和作用时间。

葡萄糖作为纤维素酶解的终产物, 仍保留纤维素所有的化学能, 不仅广泛用作食品和医药, 还可以作为许多发酵产品的发酵原料。乙醇的微生物发酵是很重要的方向之一, 因为它能部分缓解当今日益严重的能源危机。城市垃圾富含纤维素材料, 因此废料处理中产生纤维素酶微生物的贡献是不可低估的, 近年正在开发以纤维素为添加剂的可分解塑料, 也正是充分利用这类微生物的一个方面。从天然界寻找或通过基因工程手段构建高活性菌株

一直是同行们努力的方向。天然纤维素的降解需要三种纤维素酶的协同作用, 加之天然纤维素常伴以木质素和果胶, 所以需获得高产完整活性的工程菌首先需要有高效且稳定的表达系统, 显然难度很大。但随着蛋白质化学及基因分子遗传学方法的日臻完善, 相信在不久的将来, 人类将能够利用纤维素直接发酵生产有用的产品, 造福人类。

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纤维素酶RS与R-10的区别,酶活有什么不同,都能单独水解纤维素酶吗,他们的酸碱性怎么样?

纤维素酶的作用机理及进展的研究

纤维素酶的作用机理及进展的研究 摘要:纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中,本文论述了纤维素酶的性质,重点介绍了纤维素酶的作用机理、应用及其研究进展,并对其研究前景做了展望。关键词:纤维素酶;纤维素;作用机理; 0引言 纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力,已被国内外业内人士看好,将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种,甚至在中国完全有可能成为第一大酶种,因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。 纤维素占植物干重的35%-50%[1],是世界上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。对人类而言,它又是自然界中最大的可再生物质。纤维素的利用和转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义[2]。 1 纤维素酶的性质 纤维素酶是一种重要的酶产品,是一种复合酶,主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成,还有很高活力的木聚糖酶活力。纤维素酶是四级结构,,产生纤维素酶的菌种容易退化,导致产酶能力降低。由于纤维素酶难以提纯,实际应用时一般还含有半纤维素酶和其他相关的酶,如淀粉酶(amylase)、蛋白酶(Protease)等。 纤维素酶的断键机制与溶菌酶一样,遵循双置换机制。纤维素与酶相互作用中,是酶被底物分子所吸附,然后进行酶解催化,酶的活性较低,仅为淀粉酶的1/100[3] 纤维素酶对底物分子的分解,必须先发生吸附作用。纤维素酶的吸附不仅与自身性质有关,也与底物密切相关,但纤维素酶的吸附机制总体并未弄清,仍需进一步研究[4]。 2 纤维素酶的作用原理 (1)、纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时,可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质有利于动物胃肠道的消化吸收。 (2)、纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌,补充内源酶的不足,并对内源酶进行调整,保证动物正常的消化吸收功能,起到防病,促生长的作用。 (3)、消除抗营养因子,促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液,增加消化物的粘度,对内源酶造成障碍,而添加纤维素酶可降低粘度,增加内源酶的扩散,提高酶与养分接触面积,促进饲料的良好消化。 (4)、纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物,在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物,从而使消化道内的消化作用得以顺利进行。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素,促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外,还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化。

真菌与细菌纤维素酶研究进展_高凤菊 (1)

第27卷第2期 唐山师范学院学报 2005年3月 Vol. 27 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2005 ────────── 收稿日期:2004-10-20 作者简介:高凤菊(1978-),女,河北乐亭人,四川农业大学生命科学学院硕士研究生。 - 7 - 真菌与细菌纤维素酶研究进展 高凤菊1,李春香2 (1.四川农业大学 生命科学学院,四川 雅安 625014;2.唐山师范学院 生物系,河北 唐山 063000) 摘 要:对分解纤维素真菌及细菌的种类,纤维素酶的组成和分类,分子结构、作用机理,纤维素酶基因工程及研究展望进行了综述。 关键词:真菌;细菌;纤维素酶 中图分类号:Q556+.2 文献标识码:B 文章编号:1009-9115(2005)02-0007-04 资源和环境问题是人类在21世纪面临的最主要的挑战。生物资源是可再生性资源,地球上每年光合作用的产物高达1.5×1011~2.0×1011t ,是人类社会赖以生存的基本物质来源。其中90%以上为木质纤维素类物质,[1]其中的纤维素是地球上最丰富 的多糖物质, [2] 这类物质是植物细胞壁的主要成分,也是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。我国的纤维素资源极为丰富,每年农作物秸秆的产量 达5.7×108t , 约相当于我国北方草原年打草量的50倍。目前这部分资源尚未得到充分的开发利用,主要用于燃料,畜牧饲料与积肥,不仅利用率低,还 对环境造成一定的污染。 [3] 随着世界人口迅速增长、粮食、矿产资源日渐枯竭,开发高效转化木质纤维素类可再生资源的微生物技术,利用工农业废弃物等发酵生产人类急需的燃料、饲料及化工产品,即化工原料的“绿色化”,具有极其重大的现实意义和光明的发展前景。 在自然界中,许多霉菌[4]和细菌[5]都能产生纤维素酶,但有关细菌纤维素酶的报道很少。由细菌所产生的纤维素酶一般最适中性至偏碱性,因为这类酶制剂对天然纤维素的水解作用较弱,长期以来没有得到足够的重视。近十几年来,随着中性纤维素酶和碱性纤维素酶在棉织品水洗整理工艺及洗涤剂工业中的成功应用,细菌纤维素酶制剂已显示出良好的使用性能和巨大的经济价值。[6][7][8] 1 纤维素分解微生物 1.1 纤维素分解性细菌 (cellulose decomposingbacteria ) 纤维素分解性细菌是能分解纤维素的细菌。由于纤维素酶等的作用,纤维素可一直被分解到葡萄糖为止,有时在分解过程中会积累纤维二糖。这类 细菌多见于腐植土中。好氧性细菌如纤维单胞菌属(Cellulomonas )、纤维弧菌属(Cellvibrio )、噬胞菌属(Cytophaga )等能分解纤维素;但在好氧条件下土壤中纤维素的分解,主要是纤维素分解真菌在起作用。而在厌氧条件下纤维素的分解,一些厌氧性的芽孢梭菌属(Clostridium )的细菌具有重要作用。纤维素分解细菌亦可栖息于草食动物的消化道、特别是反刍动物的瘤胃中。它们在其中进行分解纤维素的活动,这些细菌是厌氧性细菌,例如产琥珀酸拟杆菌(Bacteroides succinogenes )、牛黄瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens )、白色瘤胃球菌(R.albus )、溶纤维丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens )(程光胜 译)等。细菌纤维素酶多数结合在细胞膜上,菌体细胞需吸附在纤维素上才能起作用,使用很不方便,酶的分离提取也较困难。但是细菌主要产生中性纤维素酶和碱性纤维素酶。碱性纤维素酶由于在洗涤剂工业中有良好的应用价值,也成为研究热点,其产生菌主要集中在芽孢杆菌属[9]。由于酶的耐热性在生产中具有现实意义,所以耐热细菌也是研究的热点。 1.2 纤维素分解性真菌 真菌类有黑曲霉、血红栓菌、卧孔属、疣孢漆斑菌QM460、绳状青霉、变幻青霉、变色多空霉、乳齿耙菌、腐皮镰孢、绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉、嗜热毛壳菌QM9381和嗜热子囊菌QM9383等[10];丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物。真菌纤维素酶通常是胞外酶,酶被分泌到培养基中,用过滤和离心等方法就可较容易地得到无细胞酶制品。目前饲用纤

【文献综述】纤维素酶的概述

文献综述 生物工程 纤维素酶的概述 【摘要】纤维素作为地球上分布广,含量丰富的碳水化合物,它的降解是自然界碳素循环的中心环节。纤维素的利用和转化对于解决目前世界能源危机,粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。本文就纤维素酶的应用进行一个简要的概述。 【关键词】纤维素酶;纤维素酶的实际应用:应用前景 1. 纤维素的概况 1.2 纤维素酶的分类 纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3~10 种或更多组分构成的多组分酶。根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β-1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) [1]。在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶, 只具有内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 又称CMC酶) 的活性, 有的还与中性CMC 酶组分共存[2]。 1.3 纤维素酶的作用机理 纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时, 可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质, 有利于动物胃肠道的消化吸收[3]。同时, 纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌, 补充内源酶的不足, 并对内源酶进行调整, 保证动物正常的消化吸收功能, 起到防病、促生长的作用, 消除抗营养因子,促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液, 增加消化物的粘度, 对内源酶造成障碍, 而添加纤维素酶可降低粘度, 增加内源酶的扩散, 提高酶与养分接触面积, 促进饲料的良好消化。而纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物, 在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物, 从而使消化道内的消化作用得以顺利进行[4]。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素, 促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外, 还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化[5] 2. 纤维素酶的一些历史及研究成果 在吴琳,景晓辉,黄俊生[3]的产纤维素酶菌株的分离,筛选和酶活性测定中,他们利用“采样—培养—分离单菌落—初筛—复筛—测OD值”的方法筛选出分解纤维素能力较强的菌株。[结果]经反复培养和划线分离从80份样品中初选出35株具有分解纤维素能力的菌株。其中10株由白转绿,长势较

纤维素酶在纺织品染整中的应用

纤维素酶在纺织品染整中的应用 摘要:介绍了纤维素酶的性质、纤维素酶对纤维素的作用机理及纤维素酶在纺织上的应用,对其在纺织上的应用前景进行了展望。 关键词:纤维素酶纤维素染整纺织应用 0前言 纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物,绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组分酶的总称。目前,纤维素酶产品广泛应用于纺织、饲料、酿造、制药、造纸等行业,尤其是在纺织行业的应用范围目前正在不断扩大。 早在1906年,Seilliere就在蜗牛的消化液中发现了能分解纤维素的纤维素酶。纤维素酶是能水解纤维素B-1,4 -葡萄糖苷键,使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称,它不是单一酶,而是起协同作用的多组分酶系。 纤维素酶的来源非常广泛,昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。主要的有:康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉、芽孢杆菌等。丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物,耐嗜碱细菌产生的纤维素酶在碱性范围起作用。 一、纤维素酶的组成和性质 纤维素酶是一种复合酶,是包括多种酶的一个体系,它可以从多种微生物、植物和动物制取。目前对纤维素酶的研究还不深,但就已

知的情况来说,纤维素酶至少含有三种成分的酶,即可任意切断纤维素分子中β-1,4-糖苷键的内切B-葡聚糖酶(EG);从没有还原基末端开始切断 β-1,4-糖苷键成纤维二糖剩基的外切β-葡聚糖酶(CHB)和将纤维素二糖分解成葡萄糖的β-葡萄糖苷酶(BG)。也有人将可以催化水解CMC那样水溶性底物的纤维素衍生物、但很难单独作用于结晶纤维素的酶称为C X酶,也即上述的EG酶。将从纤维素的非还原端开始分解成纤维素二糖、与C X酶共存时能破坏纤维素结晶部分的酶称为C1酶,也即上述的CBH酶。将可以使纤维素二糖分解成葡萄糖的酶称为纤维素二糖酶,即BG酶。 二、纤维素酶对纤维素的作用机理 目前,一种理论认为:纤维素酶水解纤维素是β-1,4 -内切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(EG,Endo-β-Glucanase),β-1,4 -外切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(CBH,Cellobiohydrolase)和β-葡萄糖苷酶(BG,β-Glucosidase)协同作用下进行的。首先,EG酶随机水解切断无定型区的纤维素分子链,使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端,为CBH酶水解纤维素创造条件,CBH酶的水解产物纤维二糖则由BG酶水解成葡萄糖,因而纤维素酶水解纤维素的过程可以简单表示为:EG→CBH→BG。目前的研究表明,EG酶实际上至少包括EG?、EGП、EGШ和EGV四种,CBH至少包括CBH?和CBHП两种。 另外一种理论认为:纤维素酶是由葡聚糖内切酶(C x酶)、葡聚糖外切酶(C1酶)、β-葡萄糖苷酶三个主要成分所组成的诱导型复合酶

纤维素研究综述(DOC)

纤维素水解研究综述 1.1生物质的转化与利用 生物质是指一切直接或间接利用植物光合作用形成的有机物质。包括除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等。从能源的角度,生物质的能量来源于太阳能,是太阳能的一种储存形式;从资源的角度,生物质是地球上唯一可再生的碳资源。 在人类漫长的历史长河中,生物质扮演了重要的角色,它不仅是人类赖以生存的食物来源,而且为人类发展提供了必需的物质基础,包括:织物、建材、纸张、酒精、木炭等材料和燃料。直到今天,生物质仍然是一些发展中国家的主要能源和材料来源,而一些发达国家也将生物质作为重要的能源补充,例如:在瑞典和芬兰生物质占到其总能源消费的17.5%和20.4%。 进入工业革命以后,随着煤炭、石油和天然气开采和利用技术的成熟,化石资源逐渐取代生物质,成为了人类社会发展所依赖的原料基础,极大地促进了人类社会的进步。19世纪中期,美国90%的燃料供给来自于生物质,而到19世纪末20世纪初,这一局面彻底改变了,化石资源占据了绝对主导地位。 另一方面,化石资源的肆意开采和大量使用不仅造成了化石资源的短缺,更加剧了生态环境的日益恶化。人类在享受社会进步成果的同时也在承受着工业文明的“后遗症”。 进入二十一世纪,资源的枯竭和环境的恶化迫使人类重新回到可持续的发展道路上,并且将目光重新投向曾经赖以生存和发展的生物质资源。然而原始的粗放式的生物质利用方式已经无法满足当前人类发展的需求,我们必须以现有的生物质资源为研究对象,借鉴化石资源利用的成功经验,提出生物质综合利用的可行性路线,发展新型高效的生物质利用技术,从而实现生物质替代化石资源促进人与自然和谐发展的美好愿景。 1.1.1生物燃料简介 生物燃料顾名思义就是指由生物质转化得到的燃料,包括:生物乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物质热解油、生物质颗粒、木炭、沼气、H2、合成气(CO+H2)以及由合成气制备的甲醇、高级脂肪醇、二甲醚和烷烃等。 按照生物燃料生产原料的来源划分,可以将其分为第一代生物燃料和第二代生物燃料。第一代生物燃料以粮食作物为原料生产燃料,最典型代表为玉米乙醇;而第二代生物燃料则是以农作物废弃物为原料,如纤维素乙醇、微藻生物柴油。很明显,第二代生物燃料较其前辈在化学组成和燃料使用方面并没有区别,但是原料的选择却决定了第二代生物燃料不会产生“与人争粮,与粮争地”的困境,是未来生物燃料发展的正确方向。必须指出的是目前第二代生物燃料仍然停留在实验室和示范工厂阶段,并没有真正的进入燃料市场,要实现第二代生物燃料的大规模工业化生产还有许多的技术瓶颈需要突破。 目前,面向车用燃料生产发展的生物燃料技术主要包括:生物乙醇技术、生物柴油技术、直接液化技术和间接液化技术。 以粮食为原料生产乙醇是一项传统的技术,工艺上已相当成熟,但其生产受到粮食安全等社会因素的制约。目前,我国燃料乙醇的生产能力达132万吨/年,成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国,国内的乙醇生产基本上都是利用淀粉和糖蜜等为原料。利用农作物秸秆为代表的各类木质纤维类生物质原料替代粮食资源的燃料乙醇技术,被认为是未来解决燃料乙醇原料来源问题

纤维素酶的研究进展及应用前景

纤维素酶的研究进展及应用前景 摘要 我国近年来在纤维素酶研究应用领域取得了很大进展。纤维素酶是一组能够分解纤维素产生葡萄糖的酶的总称,按照功能可以分为内切葡糖聚酶,外切葡糖聚酶和β-葡聚糖苷酶。它在纺织,酿酒,食品与饲料行业的市场潜力是巨大,受到国内外业内人士的看重。本文综述了纤维素酶的组成,结构,分类,理化性质与作用机理,阐明了生产纤维素酶的微生物种类,纤维素酶的发酵工艺及高效分解菌。介绍了纤维素酶的特性,重要意义,在各领域的应用,并对其未来研究趋势进行了展望。 关键字:纤维素酶研究应用 前言:因为资源枯竭、能源短缺及环境污染等问题日益加剧,世界各国都在寻找开发新能源。纤维素类物质是自然界中分布最广泛、含量最丰富、生成量最高的有机化合物,也是自然界中数量最多的可再生类质。但这些纤维素大部分没有被开发,造成巨大的资源浪费和环境污染。近年来关于纤维素酶的基础研究获得了显著的进展,主要包括酶的组成部分和结构、发生降解的机理、基因的克隆和表达、酶的发酵和生产、应用等方面。由此可见生产纤维素酶对人类生存环境的改善和可持续发展有着举足轻重的地位。 1,纤维素酶的来源和分类 纤维素酶的最主要来源是微生物,用其生产是最为有效和方便的。不同微生物合成的纤维素酶在组成上差异明显。对纤维素的降解能力也不尽相同。细菌与放线菌生产的纤维素酶产量均不高,在工业上很少应用。而真菌具有产酶的诸多优点:产酶能力强,产生的纤维素酶为胞外酶,便于酶的分离和提取,且产生纤维素酶的酶系结构较为合理;酶之间有强烈的协同作用,降解纤维素的效率高。纤维素酶是一类能够把纤维素降解为低聚葡萄糖、纤维二糖和葡萄糖的水解酶。根据纤维素酶的结构不同,可把纤维素酶分为两类:纤维素酶复合体和非复合体纤维素酶。纤维素酶复合体是一种超分子结构的多酶蛋白复合体,由多个亚基构成。由四个部分构成:脚手架蛋白、凝集蛋白和锚定蛋白结合体、底物结合区域和酶亚基。非复合体纤维素酶主要由好氧的丝状真菌产生,如子囊菌纲和担子菌纲等的一些种属。它是由不同的三种酶所构成的混合物,即内切葡聚糖酶、外切葡苷糖酶和B一葡萄糖苷酶。 2,纤维素酶的组成与结构 因为种类和来源的不同,纤维素酶的结构存在较大差异,但是通常均具有2

纤维素酶的基因克隆研究进展

纤维素酶的基因克隆研究进展 摘要:纤维素酶是一种高活性生物催化剂,具有广阔的开发和应用前景。本文对纤维素酶的特性、研究进展、应用以及纤维素酶基因克隆等方面进行了综述,并对今后的研究趋势作了预测和展望。 关键词:纤维素酶;分子生物学;基因克隆;前景展望 前言 纤维素是植物细胞壁的主要成分,约占植物干重的1/3—1/2,它是地球上分布最广、含量最丰富、生成量最高的有机化合物。纤维素的利用与转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。利用纤维素酶将纤维素彻底水解是纤维素的有效利用途径。纤维素酶(cellulase)是指能水解纤维素β—l,4葡萄糖苷键,使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称,它不是单一酶,而是起协同作用的多组分酶系。近年来对纤维素酶的基础研究,包括酶的氨基酸序列、基因的克隆与表达、酶蛋白的空间结构与功能以及酶蛋白的基因调控等诸多方面,并且均取得了显著进展。由于纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力,已被国内外业内人士看好,将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种,甚至在中国完全有可能成为第一大酶种,因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。 1.1 纤维素酶的组成 纤维素酶是由许多高协同作用的水解酶组成的,根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase,EC3.2.1.4,即C1酶),来自真菌的简称EG,来自细菌的简称Cen、外切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase,EC.3.2.1.91),来自真菌的简称CBH,来自细菌的简称Cex) 和β-葡聚糖苷酶(β-1,4- glucosidase,EC.3.2.1.21)简称BG。 (1)外切葡聚糖酶,这类酶作用于纤维素分子的末端,一次从纤维素分子中切下纤维二糖,它可以作用于纤维素分子内的结晶区、无定形区和羧甲基纤维素。对于外切纤维素酶,传统上认为是从纤维素链的非还原端切下纤维二糖。可是,从一些微生物的外切酶的研究中发现了另一种纤维素酶,它们优先从纤维素分子的还原末端切下纤维二糖。这些研究说明存在两种不同功能的外切酶,它们分别从还原端和非还原端水解纤维素分子[ 1 ]。 (2)内切葡聚糖酶,这类酶是纤维素酶中最重要的酶,可作用于纤维素分子内的无定形区,随机水解糖苷键,将长链纤维素分子截短,产生大量的小分子纤维素,即纤维素末端。

纤维素酶的结构与功能综述

研究生课程作业(综述)题目:纤维素酶的结构与功能 食品学院食品工程专业 学号 学生姓名 课程食品酶学 指导教师 二〇一三年十二月

纤维素酶的结构与功能 摘要:人类的生命活动离不开酶,生物体的一切新陈代谢活动都离不开酶,并且工业酶产业正在迅速发展。本文简单阐述了酶的结构与功能,重点以纤维素酶为例子,阐述它的来源、结构、分类、催化机制以及在各行业的应用,并对纤维素酶的发展前景作了一定展望。 关键词:纤维素酶结构家族功能 The structure and function of cellulase Abstract:Human's life activities is dependent on the enzyme,and all the metabolic activity of organisms cannot leave the enzyme, and industrial enzyme industry is developing rapidly.This article simply expounds the structure and function of enzymes.The key to cellulose enzyme as an example,expounds its source,structure, classification,catalytic mechanism and application in various industries,and lastly expect the development prospect of cellulase. Keywords: cellulase structure family function 1

纤维素酶研究进展及固定化技术

纤维素酶研究进展及固定化技术 摘要: 纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-D-糖苷键生成葡萄糖的多组分酶的总称。传统上将其分为3类:内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。纤维素酶属于糖苷水解酶类,近年来,根据氨基酸序列的同源性以及纤维素酶结构的相似性,将其分成不同的家族。本文介绍了纤维素酶的研究进展,主要包括纤维素酶的性质及作用机理,应用与发展趋势,来源及生产技术,分离纯化方法,最后介绍几种常用的纤维素酶固定化方法。 关键词: 纤维素酶;研究进展;固定化 引言: 纤维素是地球上分布最广、蕴藏量最丰富的生物质,也是最廉价的可再生资源。纤维素酶是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称,它们协同作用,分解纤维素产生寡糖和纤维二糖,最终水解为葡萄糖。自1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现纤维素酶至今已有一百余年了,随着在工业上的广泛应用,特别是在纺织工业、能源工业上的应用,纤维素酶已成为最近十几年酶工程研究的一个焦点。近年来有关纤维素酶的研究,包括酶的氨基酸序列、基因的克隆与表达、酶蛋白的空间结构与功能,以及酶蛋白的基因调控等诸多方面都取得显著进展。到目前为止,登记在Swiss-Protein数据库的纤维素酶的氨基酸序列有649条,基因序列有433条。我国对纤维素酶的研究始于上世纪50年代,迄今已有50多年的历史。在纤维素酶的菌种开发、发酵培养、基因的克隆与表达、纤维素酶的固定化,以及纤维素酶在纺织、能源等方面的应用都取得较大进展。 1 纤维素酶的性质及作用机理 纤维素酶分子的大小因来源不同而不尽相同,三大类酶分子量一般在23Kda~146Kda之间。多数真菌和少数细菌的纤维素酶都受糖基化,糖基与蛋白之间以共价键结合,或呈可解离的络合状态。糖基化作用在一定程度上保护酶免受蛋白酶的水解,而纤维素酶正是由于糖基化,使其所含碳水化合物的比率在不同酶之间发生差异,导致酶的多形式和分子量的差别。通过比较分析,人们发现许多不同纤维素酶间表现出一定的同源性,且纤维素酶分子普遍具有类似的结构。由球状的催化结构域(CD)、连接桥和纤维素结合结构域(CBD)三部分组成。(1)连接桥,可能是保持CD和CBD之间的距离,也可能有助于不同酶分子间形成较为稳定的聚集体;(2)纤维素结合结构域,它对酶的催化活力是非必需的,但它执行调节酶对可溶性和非可溶性底物专一性活力的作用,其结合纤维素的作用机理目前尚不十分清楚;(3)催化结构域,它体现酶的催化活性及对特定水溶性底物的特异性。尽管不同来源纤维素酶的分子量大小差别很大,但它们催化区的大小却基本一致。 研究表明,EG和CBH能引起纤维素的分散和脱纤化。纤维素酶通过打乱纤维素的结晶结构,使其变形,深入纤维素分子界面之间,从而使纤维素孔壁、腔壁和微型隙壁的压力增大,水分子的介入又使纤维素分子之间的氢键被破坏,产生部分可溶性的微结晶,利于进一步被降解。(1),对纤维素分子的吸附作用:纤维素酶对纤维素的降解,一般首先吸附到纤维素上,但并不是吸附的越好催化效果约好。纤维素酶的吸附不仅与酶本身性质有关,也与底物的特性密切相关。其吸附能力大小与酶的含糖量和疏水性均有关联。此外,纤维素酶的吸附机理并未弄清,仍需做进一步研究。(2),单一纤维素酶的作用机制:纤维素酶的断键机理

生物技术生产纤维素酶及其应用研究进展

Vol.15,No.18精细与专用化学品第15卷第18期 Fine and Specialty Che m icals2007年9月21日技术进展 生物技术生产纤维素酶 及其应用研究进展 刘 颖3 张玮玮 (哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江哈尔滨150076) 摘 要:简要介绍纤维素酶的酶学性质、降解机制、生产工程菌的选育、纤维素酶的应用情况,以及对纤维素酶生产与应用方面存在的问题和未来发展趋势进行了分析与探讨。纤维素酶在食品、酿造行业、农副产品深加工、饲料、医药、环境保护和化工等领域有着非常广阔的应用前景和应用潜力。我国纤维素酶的生产及应用研究近年来取得了很大进展,今后必将在应用深度和广度上进一步扩展。 关键词:纤维素酶;发酵;克隆;生物技术 Cellul a se Produced by B i otechnology and Its Appli ca ti on Progress L I U Ying,ZHAN G W ei2w ei (College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin150076,China) Abstract:The enzy mol ogical p r operties of cellulase,degradati on mechanis m,the selecting culture of engineering m i2 cr oorganis m and the app licati on p r os pect of bi otechnol ogy in cellulase industry are intr oduced briefly.The existing p r oble m s in cellulase p r oducti on and app licati on and the devel opment trend in the future are analyzed and discussed.The p r os pect and potential of app licati ons of cellulase are wide,es pecially in the fields of f ood industry,fer mentati on industry,deep2p r o2 cessing of far m ing p r oducts,f orage,medicine,envir on mental p r otecti on and che m ical industry.A great p r ogress has been made in the cellulase devel opment and app licati on recently in China,and in the future it will be certainly expanded deep ly and comp rehensively. Key words:cellulase;fer mentati on;cl one;bi otechnol ogy 纤维素是地球上数量最大的可再生资源,微生物对它的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。纤维素酶(Cellulase)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。纤维素的生物转化与利用对当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要的意义。近年来,我国纤维素酶的应用研究十分活跃,已筛选到一批高产菌株。随着分子生物学、遗传工程的迅猛发展,国内外均在尝试应用基因工程技术来改造和构建高效纤维素降解菌。这些菌具有独特的酶学性质,扩大了纤维素酶的应用范围。根据纤维素酶遗传特性而构建的高效纤维素分解菌开辟了纤维素酶生产的新途径。 1 维素酶的性质及其降解机制 纤维素酶是一种糖蛋白,它是一个多组分的诱导酶系,采用层析分离和电泳技术等可将纤维素酶分成不同的组分。目前普遍认为,完全降解纤维素至少需要由3种功能不同但又互补的纤维素酶协同作用才能将纤维素水解至葡萄糖,它们是EG(内切葡聚糖酶)、CBH(外切葡聚糖酶)和CB(纤维二糖酶或β2葡萄糖苷酶)。纤维素的降解过程,首先是纤维素酶分子吸附到纤维素表面,然后,EG(内切 ? 8 ? 3收稿日期:2007207212  作者简介:刘颖(19682),女,副教授,研究方向为食品生物技术。

纤维素酶的研究进展与发展趋势

纤维素酶的研究进展与发展趋势 摘要介绍了国内外纤维素酶的研究进展,并简要阐述了纤维素酶研究的发展趋势。 关键词纤维素酶研究进展趋势 纤维素是植物细胞壁的主要成分,广泛存在于自然界,是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。随着世界人口的增长,为解决日益加剧的食品和能源危机,纤维素资源的利用引起了世界各国的极大关注和高度重视。纤维素酶能够有效地分解天然纤维素,是解决能源危机,食品和饲料紧张及环境污染等问题的重要途径之一。 1 纤维素酶的研究 在自然界中,绝大多数的纤维素是由微生物通过分泌纤维素酶来进行降解的。早在l850年,Mifscherlich己经观察到微生物分解纤维素现象。但纤维素酶的研究则是从1906年Seilliere在蜗牛消化液中发现了分解天然纤维素的酶,以后才逐渐开始的。1912年Pringsheim从耐热性纤维素细菌中分离出纤维素酶。1933年Grassman分辨出了一种真菌纤维素酶的两个组分。1954年,美国陆军Natick 实验室开始研究军用纤维素材料微生物降解的防护问题,后来发现纤维素经微生物降解后,可产生经济、丰富的生产原料,并且有望解决自然界不断产生的固体废物问题,于是纤维素酶得到了广泛的关注。 50年代,纤维素酶工作转向纤维素酶本身的性质、作用方式、培养条件、测定方法等研究。l958年,美国华盛顿大学Fry等人用酶水解非淀粉多糖,从那时起,纤维素酶的研究在世界许多国家迅速推广,特别在产纤维素酶的微生物选育、培养条件、纤维素酶的性质、纤维素酶的分离、提纯和协同作用方面的研究进展较快。60~70年代,Nisizawahe Woo等人对绿色木霉和黑曲霉的纤维素酶做了大量的研究,将纤维素酶分成不同组分,并进行了鉴定。70~80年代开始利用诱变等育种手段对产纤维素酶的微生物进行了改造,提高其产酶活性。80年代以后,人们开始利用遗传工程从分子生物学水平对纤维素酶生产菌株进行诱变育种,并对纤维素酶蛋白质的氨基酸序列及其分离纯化等方面进行了深入细致的研究。目前,对纤维素的酶法转化研究最多的是美国、丹麦、俄罗斯、日本和芬兰,并且获得了一些优良的纤维素酶生产菌,并以纤维素制糖为主要目标,分别建立了中试工厂。 2 纤维素酶的水解机制

纤维素酶的检测方法新

纤维素酶的检测方法 摘要:本文主要介绍了纤维素酶的降解原理,通过实验比较了四种常用纤维素酶的检测方法的稳定性,以及纤维素酶的发展前景,为纤维素酶的应用提供了进一步的参考价值。 关键词:纤维素酶酶活测定葡萄糖回归方程 一、纤维素酶及其降解原理 纤维素是高等植物细胞壁的主要成分,占植物总干重的30%-50%,是地球上分布最广,含量最丰富的可再生性碳源化合物,占地球总生物量的40%。据报道,我国每年光作物秸秆,稻梗等含纤维素较丰富的物质就有5亿吨之多,全球每年通过光合作用产生的植物物质高达1.55X109吨,其中尚有89%未被人们利用,而大量的秸秆,稻梗等含纤维素丰富的物质的利用率也很低。大多采用燃烧的方式来处理,这样就造成了环境污染,破坏了土壤的理化性质和丧失了有机质成分。所以,纤维素的充分利用与有效的转化对于解决当前的能源危机,粮食短缺,环境污染等有重大意义。 纤维素酶是分解纤维素的一类酶,它能将纤维素分解为葡萄糖,充分的利用了纤维素。自1906年Sellieres 在蜗牛消化液中发现纤维素酶以来,纤维素酶的研究和应用受到了国内外学者的极大关注,取得了很大进展。目前,国内外学者通过筛选产酶菌株来发酵产酶,再应用纤维素酶到食品,医药,饲料,洗涤等工业中,不仅解决了纤维素的再利用问题还取得了很可观的经济效益。 纤维素酶是由许多具有高协同作用的水解酶组成的。习惯上将纤维素酶分成三种主要成分:内切酶(内切β-1,4-葡萄糖酶,也称Cx酶)、外切酶(外切β-1,4葡萄糖酶,也称C1酶)、β -1,4葡萄糖酶(即为纤维二糖酶)[1]。C1酶主要作用于天然纤维素,使之转变为非结晶的纤维素。Cx酶又分为Cx1酶和Cx2酶。Cx1酶是一种内断型纤维素酶,它从水合非结晶纤维素分子内部作用于β-(1,4)糖苷键,生成纤维糊精和纤维二塘。Cx2酶是一种外断型纤维素酶,它从水合性纤维素分子的非还原端作用于β-(1,4)糖背键,逐步切断β-(1,4)糖节键生成葡萄糖。纤维二糖酶则作用于纤维二糖,生成葡萄糖。 纤维素酶在降解纤维素过程中的作用机理至今还不是很清楚。目前关于Cx酶、C1酶和β -1,4葡萄糖酶这3种酶的作用机理的假说比较公认的是以下3种,其中协同理论最为广泛接受。(1)C1-Cx假说。该理论认为首先由C1酶作用于纤维素酶的结晶区,再由外切酶和β-葡萄糖苷酶联合作用产生二糖和葡萄糖。其水解模式如图1所示。

纤维素酶的应用现状与前景

纤维素酶的应用现状与前景 【摘要】:本文阐述了纤维素酶的理化性质及其作用机理, 在此基础上重点讨论纤维素酶在食品业、农牧业、纺织业、造纸业等领域的应用, 对纤维素酶的来源及潜在应用价值作了展望。 【关键词】:纤维素酶; 固体发酵; 液体发酵;应用 The Application And Prospects of Cellulase [Abstract]: The physical and chemical properties of cellulase are elaborated in this thesis. On this basis, focusing on the Application of cellulose in the food industry, agriculture, textiles, paper, and other fields .In the same time looking in the future of The source and potential value of cellulase. [Keywords]: cellulase, Solid fermentation, Fermentation, Applications 纤维素类物质是地球上产量巨大而又未得到充分利用的可再生资源。纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称, 在食品、饲料、医药、纺织、洗涤剂和造纸等众多的工业领域有广泛的应用价值。从酶的作用特性出发可分成两大类: 碱性纤维素酶和酸性纤维素酶。纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3~10 种或更多组分构成的多组分酶。根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) 。在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶,

纤维素酶在反刍动物饲料中的应用研究进展

纤维素酶在反刍动物饲料中的应用研究进展 摘要:纤维素酶(Cellulase)作为一种绿色饲料添加剂,能提高饲料的转化率以及动物的生产性能,从而为养殖业提供相当数量的饲料来源。本文章主要从纤维素酶的分类、作用机理、在反刍动物饲料生产中的应用及其应用前景等方面作了论述,以期为生产实践提供理论依据。 关键词:纤维素酶;反刍动物;应用 纤维素在植物体中的含量最多,约占植物干重的1/2,是自然界数量最大的可再生自然资源。纤维素是由2000~10000个葡萄糖分子组成的长链大分子,除反刍动物借瘤胃微生物可以利用纤维素外,其他高等动物几乎不能消化和利用纤维素,饲料资源匮乏阻碍了我国畜牧业的发展,因此,成功开发这一潜在饲料资源显得尤为迫切和重要。纤维素酶作为一种绿色饲料添加剂,能将饲料中的纤维素降解成可消化吸收的还原糖(如:二糖或葡萄糖),提高饲料的营养价值。目前,纤维素酶在反刍动物生产应用中取得了良好的生产效益和巨大的经济效益。 本文从纤维素酶的分类、作用机理和在反刍动物中的应用现状等方面进行了论述,以期为生产实践提供理论基础。 1 纤维素酶的分类和来源 1.1 纤维素酶的种类 纤维素酶包括多种水解酶,纤维素酶是指能降解纤维素的一类酶的总称。是由多种水解酶组成的复杂酶系,主要来自于真菌和细菌。根据纤维素酶的不同功能,可分为三大类:内切纤维素酶、外切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶。还有分解纤维素的其他酶类,如木聚糖酶(Xylase)和果胶酶。 1.1.1 葡聚糖内切酶 又称为Cl酶,这类酶作用于纤维素内部的非结晶区,随机水解β-1,4-糖苷键,将长链纤维素分子截短,产生大量带非还原性末端的小分子纤维素。葡聚糖内切酶相对分子质量介于23~146ku,如真菌的异构酶ECI为54ku,EGIII约为49.8ku,而纤维粘菌EG有两种菌的内切酶相对分子质量只有6.3ku。 1.1.2 葡聚糖外切酶 这类酶作用于纤维素线状分子末端,水解l,4-β-D糖苷键,每次切下1个纤维二糖分子,故又称为纤维二糖水解酶(Cellobio-hydrolase,CBH),外切酶的

纤维素酶在乙醇工业中的生产应用及其生产现状

纤维素酶在乙醇工业中的生产应用及其生产现状 摘要:纤维素是世界上最丰富的生物资源,纤维素经过转化为乙醇,可以从根本上解决目前的能源危机,而纤维素酶在这一转化过程中起着关键的作用。本文论述了纤维素酶的分类、结构及作用机制,纤维素酶的研究现状、工业生产及展望。 关键词:纤维素酶;纤维素;乙醇工业;生物能源 中图分类号:TQ925.9 X382 1.引言 植物通过光合作用,生产地球上最丰富、最廉价的纤维素资源,有资料表明,全世界每年的植物体生成1500亿吨干物质,其中纤维素及半纤维素的总量为850亿吨[1]。随着能源危机的加剧,各国政府都在寻找石油等不可再生能源的替代物,而研究发现,纤维素转化成糖类,在转化清洁能源乙醇是可行的,其前景十分诱人。但当前实现这一转化的技术瓶颈是纤维素酶的工业化生产成本过高。因此降低纤维素酶工业化生产成本就成了世界各国科学家研究的重要课题之一。 2. 纤维素酶的分类及作用机理 2.2.纤维素酶的分类 纤维素结构的复杂性决定了任何单一种酶都难以有效地降解它,需要一个复杂的酶体系共同作用。早在1950年,Reese 等人就提出了C1-Cx概念, 经过30多年来的研究,特别是近年来蛋白质分离及纯化技术的不断改进,分离得到的纤维素酶越来越多,每种酶作用的机理越来越明确。现已确认纤维素酶主要分为3大类:内切-1,4葡聚糖酶,即 endoglucanase,EC 3.2.1.4,简称内切酶,又称 Cx 酶,来自真菌中的简称EG ,来自细菌的简称Cen;外切β-1,4 葡聚糖水解酶,即exo-1,4-D -glucanase,EC3.2.1.9l, 即外切型葡聚糖酶,也称C1酶、外切酶,来自真菌的简称CBH ,来自细菌的简称Cex;β-葡萄糖苷酶,即 1,4-glucosidase,EC 3.2.1.21,简称βG ,也称纤维二糖酶。 2.3.作用机理 虽然对纤维素酶的作用机制没有完全搞清,但就目前研究所得其大致过程为:C1酶主要作用于天然纤维素,使之转变为非结晶的纤维素。CX酶又分为CX1酶和CX2酶两种。C X1酶是一种内断型纤维素酶,它从水合非结晶纤维素分子内部作用于β-(1,4)糖苷键,生成纤维糊精与纤维二糖。CX2酶是一种外断型纤维素酶,它从水合性纤维素分子的非还原端作用于β-(1,4)糖背键,逐步切断β-(1,4)糖节键生成葡萄糖。纤维二糖酶则作用于

纤维素酶的应用研究

纤维素酶应用的研究进展 湖南尤特尔生化有限公司2010-10-14 11:41:20 摘要:纤维素是一种多糖,在纤维素酶的催化条件下可分解产生二糖或葡萄糖,在自然界中储量极其丰富。可惜的是纤维素的利用目前尚未完全开发,造成资源及能源的巨大浪费。为了更好地利用纤维素,愈来愈多的国内外学者开始关注纤维素酶的研究与应用,本文就近期国内外纤维素酶在工业上的应用及研究现状作以论述。 关键词:纤维素酶应用 纤维素酶从被发现起就受到世界各国生物界的关注。当今世界,纤维素酶的应用已扩展到医药、纺织、日用化工、造纸、食品发酵、工业洗涤、废水处理及饲料等各个领域, 其应用前景十分广阔。因此,本文对纤维素酶在工业上的应用做综述。 1 纤维素酶的结构及作用机理 纤维素酶是指能水解纤维素β-1,4葡糖糖苷键,使之变为纤维二糖和葡萄糖的一种多酶体系。纤维素酶由三类组成:(1)内切葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-4,也称EG酶或Cx酶);(2)外切葡聚糖酶(exo-1,4-β-D-glucanase,EC3-2-1-91),又称纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase,CBH)或C1酶;(3) β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,EC3-2-1-21),简称BG。纤维素酶解是一个复杂的过程,其最大特点是协同作用。内切葡聚糖酶首先作用于微纤维素的无定型区,随机水解β-1,4-糖苷键,产生大量带非还原性末端的小分子纤维素,外切葡聚糖酶从这些非还原性末端上依次水解β-1,4糖苷键,生成纤维二糖及其它低分子纤维糊精,在β-葡萄糖苷酶作用下水解成葡萄糖分子。这种协同作用普遍存在,除了上述协同作用,还可以发生在内切酶之间,外切酶之间,甚至发生在不同菌源的内切酶与外切酶之间。一般地说,协同作用与酶解底物的结晶度成正比。 2纤维素酶的应用 2.1.纤维素酶在食品工业中的应用 2.1.1 纤维素酶在水果、蔬菜加工业中的应用 由于果实和蔬菜中含有大量的纤维素,在加工过程中为了使植物组织软化膨润,一般用加热蒸煮、酸碱处理等,但这样就会使果蔬的香味和维生素损失,用纤维素酶进行果蔬处理不仅可以避免上述缺点,还可以使植物组织软化膨松,能提高可消化性和口感。纤维素酶用于果蔬汁加工可有利于细胞内物质渗出,增加出汁率;此外还可以减小压榨时压力,具有澄清作用。

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